IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 7/2002, Seite 36 ff.
HEIZUNGSTECHNIK
Integrale Planung - Anspruch nur für den Architekten?
Teil 1: Ausgewählte Beispiele im Zusammenhang mit thermisch aktiven Flächen
Dr.-Ing. Michael Günther*
Der nachfolgende Aufsatz will dem Technischen Gebäudeausrüster - gleichgültig ob Ingenieur oder Mitarbeiter einer Heizungsfachfirma - einige wesentliche zum Stand der Technik gehörende Aspekte des Planens, Bemessens und Ausführens thermisch aktiver Bau(konstruktions)teile aufzeigen.
| Bilder 1 und 2: Beheizte Fußbodenkonstruktion mit Ortsterrazzo in der Kundenhalle der Sparkasse Gera. |
Integrale Planung setzt integrale Kenntnisse voraus und bezieht sich nicht nur auf größere Zusammenhänge von Baukonstruktion, Bauphysik und Anlagentechnik. Die nachfolgend aufgezeigten Fallbeispiele sollen vielmehr verdeutlichen, dass es Lösungsansätze für vermeintlich unmögliche Detailprobleme gibt. Des Weiteren werden Hilfsmittel zur Schnittstellenkoordination von Baukonstruktion und bauwerksintegrierter Systemtechnik zum Heizen und Kühlen benannt und bewertet. Im Mittelpunkt der Betrachtung steht also die Baukonstruktion und weniger die Wärme- bzw. Kältetechnik. Diese Betrachtungsweise ist vor dem Hintergrund der Energieeinsparverordnung EnEV 2002 auch sinnvoll. Die Forderung nach integraler Denkweise gilt nicht nur für die Baumeister, sondern auch für die Technischen Gebäudeausrüster. Dadurch wird es möglich, gegenseitige Vorurteile sowohl in Kompetenz- als auch in Fachfragen zu entkräften. Hierzu im Folgenden nun einige ausgewählte Beispiele.
1. Vorurteil und gegenteilige Praxisbeispiele
"Beheizte Fußbodenkonstruktionen sind bei speziellen Oberböden wie Terrazzo, in Verbindung mit komplizierten Fugenanordnungen oder bodenintegrierter Beleuchtungstechnik unmöglich."In der Tat ist Terrazzo als örtlich hergestellte zementgebundene Verbundkonstruktion mit einem mindestens fünf Zentimeter starken Unterbeton oberhalb der Heizungsrohre ein schöner, jedoch in der Verarbeitung auch anspruchsvoller Bodenbelag, dessen Herstellungsregeln bis auf das Jahr 8000 v. Chr. zurückreichen. Dabei wird mit dem Ziel des Vermeidens von Schwindrissen auch gefordert, den Boden mit Trennschienen in einzelne Felder zu unterteilen. Die maximale Seitenlänge sollte 4 bis 5 Meter nicht überschreiten. Intensiver Walzvorgang und mehrere nachfolgende Schleifvorgänge begünstigen eine hohe Verschleißfestigkeit in Verbindung mit eindrucksvoller Oberflächengestaltung. Die Bilder 1 und 2 zeigen die beheizte Fußbodenkonstruktion mit Terrazzo der Sparkasse Gera. Sowohl innenarchitektonische Gestaltung als auch Funktionalität (Verschleißfestigkeit, thermischer Fußkomfort) beeindrucken. Natürlich zeigt der Fußboden keinerlei Rissbildung nach bereits längerer Nutzungszeit. In gleicher Weise werden seit langem beheizte Betonwerksteinböden hergestellt. Im Gegensatz zu Terrazzo, dessen geschliffene Oberfläche die weiße oder farbige Körnung deutlich betont, ist die Körnung nach dem Bearbeiten der Sichtfläche bei diesem Oberboden kaum erkennbar.
| Bild 3: Beheizte Fußbodenkonstruktion mit kreisrunden Fugen. |
Keramische Fliesen und Platten, Naturwerkstein und Betonwerkstein sowie Terrazzo bedingen eine genaue Fugenplanung. Die Schwierigkeit besteht darin, die entsprechenden anerkannten Regeln der Technik hinsichtlich der Estrichfugen mit den Forderungen der Bodenleger in Übereinstimmung zu bringen. Beispielsweise sind Bewegungsfugen im Estrich grundsätzlich in den Oberboden zu überführen, was sich mit den Auffassungen der Bodenleger über zugehörige Feldgrößen und den optischen Ansprüchen von Architekt und Bauherrn gelegentlich nicht in Einklang bringen lässt.
Bild 3 zeigt eine beheizte Bodenkonstruktion mit kreisrunden Trennfugen, die erst nach längerer Diskussion für möglich erachtet wurde. Der Fußbodenaufbau entspricht jedoch der bekannten Bauart C aus der Norm/12/ bzw. dem ZDB-Merkblatt/13/ (ZDB - Zentralverband des Deutschen Baugewerbes). Fast hätte diese Unkenntnis zunächst ein thermisch behagliches und zugleich unsichtbares Heizsystem verhindert.
Eine andere Variante der Heizkreisgestaltung und Fugenanordnung verdeutlicht Bild 4. Auf der Grundlage einer Gewerke koordinierten Planung und Ausführung entstand im City Center Dresden eine beheizte Bodenkonstruktion mit integrierter Beleuchtung. Die seit 1999 nunmehr auch in Schriftform vorliegende Schnittstellenkoordination/17/ zwischen allen Baubeteiligten funktionierte bei diesem Bauvorhaben reibungslos.
| Bild 4: Schnittstellenkoordination von Heizungs-, Estrich-, Bodenbelags- und Elektrotechnik in der Praxis - City Center Dresden. |
2. Vorurteil und gegenteiliges Praxisbeispiel
"Parkett ist für beheizte Fußbodenkonstruktionen ungeeignet, vor allem Buchenholz."Dieses Vorurteil verhindert immer wieder einmal die Fußbodenheizung als heizungstechnische Vorzugsvariante, obwohl seit langem hierzu aufgrund der vielfältigen Ausführungsbeispiele keine Referenzlisten mehr angelegt werden müssen. Die Literaturhinweise über die Kombination von Fußbodenheizungen mit Mosaik- oder Fertigparkett, Laminatböden, Spanplatten und auch Landhausdielen sind inzwischen umfangreich, die darin enthaltenen Empfehlungen haben sich in der Praxis seit langem bewährt (/23/ bis/28/).
Grundlegende Zusammenhänge zeigen die in den 80er-Jahren vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung (Wilhelm-Klauditz-Institut Braunschweig) unternommenen Untersuchungen und Beurteilungen über das Verhalten von Mosaik- und Fertigparkett auf flächenbeheizten Zementestrich-Fußbodenkonstruktionen/29/ auf. Zusammenfassend sollen hierzu nochmals wesentliche Aspekte benannt werden, die zum Teil wieder in Vergessenheit geraten sind: Das Einhalten der allgemein angegebenen zulässigen Vorlauftemperaturen von 40 bis 55°C ist in Anbetracht der heutigen geringen Heizlasten der Gebäude unproblematisch. Kurzzeitig erhöhte Temperaturen infolge von eventuellen Betriebsstörungen bis 70°C sind zulässig/28/. Der zulässige Restfeuchtegehalt des Parketts nach DIN 280 (8 bis 9 +/-2%) ist einzuhalten, bei Fußbodenheizungen empfiehlt sich das Anstreben des zulässigen unteren Toleranz-Wertes. Die relative Raumluftfeuchte sollte im Jahresmittel unabhängig vom Heizsystem bei ca. 50% liegen.
| Tabelle 1: Quellungs- und Schwindungszahlen ausgewählter Parkettholzarten. |
Hinsichtlich des vorangestellten Vorurteils ist zu sagen, dass Buche tatsächlich über eine der größten Quellungs- und Schwindungszahlen einheimischer Hölzer verfügt (siehe Tabelle 1). Dennoch zeigt die Erfahrung, dass sich die Fußbodenheizung auch bei solchen Sonderkonstruktionen bewährt hat. Das Buchenholz wird in diesem Zusammenhang spezial behandelt.
| Bild 5: Infrarot-Thermografie zum Visualisieren verdeckter Rohrleitungen (InfraTec GmbH Dresden). |
3. Vorurteil und Aufklären der wirklichen Zusammenhänge
"Oberflächennahe bauwerksintegrierte Rohrsysteme sind hinsichtlich des Anbohrens und nachfolgender Wasserschäden mehr als problematisch."Diese Auffassung verhindert im Zusammenhang mit dem geplanten Einbau einer Trockenbau-Wand oder des Türstoppers sowie dem Aufhängen eines Bildes gelegentlich die thermisch aktive Fläche. Allerdings sind seit langem Methoden des Rohr-Lokalisierens bekannt, die derartige Risiken einer Leckage minimieren (31/ bis/35/). Weit verbreitet ist die Infrarot-Messtechnik zum Sichtbarmachen verdeckter Leitungsführungen bzw. dem Erkennen von Leckagen und Durchfeuchtungen (Bild 5) und auch für Revisionszwecke. Jedoch führen exzellente thermische und geometrische Auflösung (Scanner) in Verbindung mit leistungsstarker Bildauswertung (Monitor bzw. PC) sowie einem breiten Anwendungs-Spektrum zu einem relativ hohen Preis der Gerätetechnik bzw. der Dienstleistung. Es ist zu begrüßen, dass dem Technischen Gebäudeausrüster insbesondere für das Lokalisieren verdeckter Rohrleitungen mit der HS- bzw. CPM-Monitor-Folie ein kostengünstiges und leicht handhabbares Prüfelement zur Verfügung steht (Bild 6). Diese Spezialfolie zeigt selbst bei Estrichnenndicken von 80 mm die bauwerksintegrierten Rohrleitungen mit max. 5 mm Abweichung an. Bereits Temperaturdifferenzen von 0,4 K führen dabei zu deutlich sichtbaren Farbnuancen bzw. -änderungen.
| Bild 6: HS-Monitor-Folie unter Temperatureinfluss - kostengünstiges Lokalisieren verdeckter Rohrleitungen. |
Unterschieden werden diese Spezialfolien nach ihrem Anwendungszeitpunkt unter Berücksichtigung der Umgebungstemperaturen. Farbveränderungen beziehen sich demnach auf Umgebungstemperaturen zwischen 22 und 26°C (Winterbetrieb) oder 26 bis 30°C (Sommerbetrieb). Der Einsatz von Metalldetektoren zum Lokalisieren verdeckter Rohrleitungen ist für Kunststoffrohre ohne Belang und auch generell unüblich.
Elektroakustische Horchgeräte im Sinne von Spezialmikrofonen, Kopfhörern und Zubehör bieten durch den Nachweis von Wasseraustrittsgeräuschen lediglich die Möglichkeit der Leckortung. Dabei ist natürlich die vermutliche Stelle der Undichtheit vorab zu eruieren. Das Restrisiko eines zusätzlichen Rohrleitungsschadens im Zusammenhang mit dem Aufnehmen des Bodens an der vermutlichen Schadensstelle verbleibt dennoch.
4. Vorurteil und Aufklären der wirklichen Zusammenhänge
"Verwölbungen von beheizten Estrichen sind auf zu weiche Dämmung oder die Rohrleitungen im Estrich zurückzuführen."
| Bild 7: Schadensträchtige Ursachen für Verformungen von Estrichscheiben. |
Die gelegentlich im Randbereich und an Fugen (vorwiegend Fugenkreuzen) beobachteten konvexen und konkaven Verformungen von Estrichscheiben (Bild 7) sind zunächst anhand der Schwindvorgänge in Verbindung mit äußeren Einflüssen physikalisch zu begründen und sofern im Toleranzbereich liegend kein Mangel (WALTER/36/). Man weiß um diese Zusammenhänge schon lange (HANUSCH/37/, KLINKEN-BERG/ 38/, SKIBBA/39/, LORENZ/SCHMIDT/40/) und kann zusammenfassend folgende Ursachen der Verformungen konstatieren: Verformungen von Zementestrichen resultieren aus einem produktspezifischen physikalischen Schwindungsprozess. Das überschüssige Anmachwasser entweicht über die Oberseite, der Estrich kontrahiert unterschiedlich in Abhängigkeit der Estrichzusammensetzung (maßgebliches Kriterium ist die Festigkeitsklasse) und Raumklimabedingungen. Formveränderungen an Estrichscheiben infolge der Schwindprozesse können sich durchaus über einen Zeitraum von sechs Monaten (unbelegte Estrichfelder) bis zu drei Jahren erstrecken. Temporär starke Aufwölbungen können dabei als größtenteils reversibel (umkehrbar) betrachtet werden.
Normative Festlegungen von zulässigen Aufwölbungen wie in der Schweizer Norm SIA (5 mm) sollten kritisch gesehen werden, berücksichtigen diese nicht die eingangs erwähnten (unterschiedlichen) Randbedingungen. Die in der DIN 18201 und 18202 benannten Toleranzwerte der Ebenheit gelten dabei nicht für zeit- und lastabhängige Verformungen, die hier in Rede stehen.
Künstliche Trocknungsmaßnahmen mit dem Ziel des beschleunigten Baufortschrittes können zum Verstärken der Verwölbungen beitragen. Nachbehandlungen einschließlich des Folienabdeckens der frischen Estrichscheibe verzögern lediglich diese physikalischen Vorgänge, deren Auswirkungen nach dem Entfernen der Folie sogar deutlich stärker sein können.
Fließfähige Zementestriche (ZFE) zeigen gegenüber konventionellen Zementestrichen (ZE) ein deutlich kritischeres Verformungsverhalten. Diesbezügliche Neuentwicklungen/ 41/ mit einem dem Calciumsulfatfließestrich nahe kommenden Schwindverhalten müssen sich in der Praxis noch bewähren. Grundsätzlich weisen Calciumsulfatfließestriche gegenüber fließfähigen und auch konventionellen Zementestrichen ein geringeres Verformungspotenzial auf.
| Bild 8: Aufheizregime für Heizestriche und -betone |
Unzulässige dauerhafte Verformungen an Heizestrichen durch die Schuld des Heizungsmonteurs können eigentlich nur durch dessen falsches Aufheizen entstehen. Die den Stand der Technik bestimmenden Montagetechnologien sind sicher, sowohl die einzelnen Bauelemente als auch die komplexen Bodenkonstruktionen zumindest bei den seriösen Herstellern güteüberprüft. Hinsichtlich der mitunter vertretenen unterschiedlichen Interessenlage von Bauwerksplaner und Technischem Gebäudeausrüster, sind Sorgfalt im Detail oder geeignete Kompromisse gefragt. So stößt beispielsweise der Wunsch des Technischen Gebäudeausrüsters nach trägheitsarmen Systemen mit geringer Rohrüberdeckung bei den Estrichlegern nicht immer auf Gegenliebe, weiß man doch um das etwas höhere Verformungspotenzial von Zementestrichen geringer Nenndicke mit der dafür notwendigen höheren Festigkeitsklasse gegenüber Standardnenndicken. Jedoch ist auch das Aufheizregime (Bild 8) in den Normen prinzipiell und seit 1999 in der Schnittstellenkoordination/17/ (Bild 9) im Detail geregelt und allen am Bau Beteiligten zur Kenntnis gegeben. Die empfohlene Trennung von Funktions- und Belegreifheizen ist aus funktionellen (Güteprüfung des Estrichs) und abnahmeseitigen Gründen (Abnahme des Gewerks Heizung vor dem Bodenlegen) sinnvoll. Dem Einwand, dass das Abstellen der Heizung nach dem Funktionsheizen infolge des Temperaturrückganges eine Überbelastung des Estrichs darstellt, kann nicht zugestimmt werden. Einerseits sind dabei entstehende Risse nachfolgend zu sanieren (darin liegt ja der Sinn der "Funktionsprüfung"), andererseits kühlt der Estrich nicht so schnell ab, wie vielfach suggeriert.
| Bild 9: Gliederung der Broschüre Schnittstellenkoordination bei beheizten Fußbodenkonstruktionen". |
Das fachgerechte Aufheizen kann gerätetechnisch unterstützt werden/42/. Neben aufwendigen Zusatzeinrichtungen stehen Regler wie beispielsweise der veltamat 3 D von velta zur Verfügung, die das Funktionsheizen neben den eigentlichen Aufgaben überwachen. Fortsetzung folgt.
Internetinformationen: |
*) Dr.-Ing. Michael Günther, Leiter des technischen Beratungsbüros Dresden der Wirsbo-Velta GmbH & Co. KG, Norderstedt
L i t e r a t u r :
(12) DIN 18 560
(13) Merkblatt - Keramische Fliesen und Platten, Naturwerkstein und Betonwerkstein auf beheizten zementgebundenen Fußbodenkonstruktionen; Zentralverband des Deutschen Baugewerbes, R. Müller-Fachinformationen GmbH, 1995
(17) Schnittstellenkoordination bei beheizten Fußbodenkonstruktionen; Bundesverband Flächenheizungen e.V. (BVF); Hagen, 1999
(23) RUSKE, W., Fertigparkett und Parkett auf Fußbodenheizung; OBJEKT 5/1982
(24) Parkett auf Fußbodenheizung - Merkblatt; Informationsdienst Holz, Düsseldorf
(25) ROSENBAUM, E., Reklamationen, die keine sind; boden-wand-decke 7-8/1982
(26) Fertigparkett-Elemente; baubedarf manager 5/1981
(27) Verlegeanleitung für Muster Holzpflaster; HARO FERTIGPARKETT, Fa. Hamberger, Werksunterlage
(28) Verlegeanleitung für Ljusdals Landhausdielen bei Fußbodenheizung; LJUSDALS Werksunterlage
(29) Parkettverlegung auf Fußbodenheizungen (Untersuchungen und Beurteilungen über das Verhalten von Mosaik- und Fertigparkett auf flächenbeheizten Zementestrich-Fußbodenkonstruktionen); Holz-Zentralblatt 1986/17
(31) BUTZ, M., Mess- und Leckageortung in und an Gebäuden; Bauhandwerk 1998/11
(32) BOLTE, O.G., Schadensortung an Innenleitungen; monty professional forum, 2000
(33) InfraTec - Infrarot-Sensorik, Infrarot-Messtechnik, Thermografie; Firmenschrift der InfraTec GmbH, Dresden, 1999
(34) RAUER, K., Risikofreie Prüfstellenöffnung an Heizestrichen; baden-wand-decke 1999/1
(35) HS-Monitor-Technik - Leitungskartierung leicht gemacht; Ingenieurbüro Florin, Kriens, 2000
(36) WALTER, H.-U., Sind Aufschüsselungen eines neu verlegten Zementestrichs Mängel?; Estrichtechnik 1998
(37) HANUSCH, H., Formänderung schwimmender Estriche bei Austrocknung; boden-wand-decke 1959/6
(38) KLINKENBERG, D., Estrichabsenkungen - Analyse eines Bauschadens; Wksb 1985/19
(39) SKIBBA, T., Neues zum alten Thema? "Schüsselungen" und "Randabsenkungen" von schwimmenden Zementestrich-Konstruktionen; wksb 1989/26
(40) LORENZ, O.-K./Aufschüsseln auf Trennschicht verlegter SCHMIDT, M., Zementestriche; Estrichtechnik 1997
(41) Durchbruch - Fußboden: Zement-Fließestrich; db 1999/2
(42) HERBST, CH., Inbetriebnahme von Fußbodenheizungen; sbz 1995/15
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